CN106455446A - 发热元件的冷却装置及冷却装置的制造方法 - Google Patents

发热元件的冷却装置及冷却装置的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种发热元件的冷却装置及冷却装置的制造方法，该冷却装置包括：设置于发热元件的上方且覆盖发热元件的金属基板；金属基板与发热元件的表面接触；以及金属基板远离发热元件的表面包括：多孔金属覆盖层，多孔金属覆盖层位于发热元件的上方且覆盖发热元件。通过在发热元件的表面设置具有多孔金属覆盖层的金属基板，增加了汽化核心，提高了发热元件的沸腾性能，实现了对发热元件表面温度高效的散热效果。

Description

发热元件的冷却装置及冷却装置的制造方法
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，具体来说，涉及一种用于浸没式液冷服务器的发热元件的冷却装置及冷却装置的制造方法。
背景技术
除了常见的依靠冷空气给计算机散热的风冷降温方法以外，还有液冷降温方法，该方法把冷却剂直接导向热源，而风冷降温方法则是间接制冷；液冷降温方法的每单位体积所传输的热量即散热效率可以达到风冷降温方法的3500倍。液冷散热器在2008年左右就在市场出现，惠普、IBM等服务器厂商和其他一些专注数据中心技术的公司都先后推出过液冷散热产品。
蒸发冷却从热学原理上是利用流体沸腾时的汽化潜热带走热量的冷却方式。由于流体的汽化潜热要比流体的比热大很多，所以蒸发冷却的冷却效果更为显著。在浸没式液冷服务器中，即使用制冷剂进行浸泡式冷却时，取消了风冷降温方法所需要的翅片和风扇等散热装置，只用制冷剂的相变进行换热来冷却CPU。而换热面的加工方法、表面粗糙度、材料特性以及新旧程度都能影响沸腾传热的强弱。
目前市面上现有CPU的外罩表面光滑，不易产生气泡，沸腾性能不够好。图1现有技术中CPU的剖视示意图，芯片封装于CPU外罩10的内部，而CPU外罩10的材质是铜并在表面镀有一层镍，而这种铜镀镍材质形成的表面为光洁表面，不利于汽化。同一液体，在光洁表面上沸腾传热时的传热系数比在粗糙面上沸腾传热时的传热系数低，这主要是由于光洁表面上汽化核心较少的缘故。因此在开机后CPU的温度上升很快，稳态温度较高，很容易达到CPU的极限温度，使得大多数服务器厂家对于液冷技术望而却步。
针对相关技术中CPU等发热元件的表面汽化核心少、沸腾性能不好的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中CPU等发热元件的表面汽化核心少、沸腾性能不好的问题，本发明提出一种发热元件的冷却装置及冷却装置的制造方法，能够增加汽化核心，强化发热元件的沸腾性能，降低发热元件表面温度。
本发明的技术方案是这样实现的：
根据本发明的一个方面，提供了一种发热元件的冷却装置，包括：设置于发热元件的上方且覆盖发热元件的金属基板；金属基板与发热元件的表面接触；以及金属基板远离发热元件的表面包括：多孔金属覆盖层，多孔金属覆盖层位于发热元件的上方且覆盖发热元件。
优选地，多孔金属覆盖层通过对金属基板远离发热元件的表面的对应区域进行粉末烧结而形成。
优选地，金属基板还包括覆盖于发热元件的表面的凸起层，金属基板通过凸起层与发热元件的表面接触。
优选地，还包括金属层，金属层设置于发热元件的表面与金属基板之间且覆盖发热元件的表面。
优选地，金属基板还包括安装结构，安装结构用于固定金属基板。
优选地，金属基板的材料为铜；粉末烧结采用的烧结金属粉末的材料为铜或铜镀银；以及金属层的材料为铟。
优选地，多孔金属覆盖层的厚度小于3mm；以及多孔金属覆盖层的孔隙率在40％至65％之间。
优选地，发热元件包括CPU。
根据本发明的另一方面，提供了一种冷却装置的制造方法，包括：提供金属基板；在金属基板相应于发热元件的区域形成多孔金属覆盖层；以及将金属基板设置于发热元件的上方并覆盖发热元件，其中多孔金属覆盖层位于发热元件的上方且覆盖发热元件。
优选地，在金属基板相应于发热元件的区域形成多孔金属覆盖层，包括：对金属基板远离发热元件的表面的对应区域进行粉末烧结以形成多孔金属覆盖层。
本发明通过在发热元件的表面设置具有多孔金属覆盖层的金属基板，增加了汽化核心，提高了发热元件的沸腾性能，实现了对发热元件表面温度高效的散热效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中CPU的剖视示意图；
图2是根据本发明实施例的发热元件的冷却装置的正视图；
图3是图2中的冷却装置在A-A方向的侧视图；
图4是根据本发明实施例的冷却装置的制造方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的实施例，提供了一种发热元件的冷却装置。
同时参考图2和图3，根据本发明实施例的发热元件的冷却装置包括：设置于发热元件的上方且覆盖发热元件(未示出)的金属基板21；金属基板21与发热元件的表面接触；以及金属基板21远离发热元件的表面211包括：多孔金属覆盖层22，多孔金属覆盖层22位于发热元件的上方且覆盖发热元件。
上述技术方案，本发明通过在发热元件的表面设置具有多孔金属覆盖层的金属基板，增加了汽化核心，提高了发热元件的沸腾性能，实现了对发热元件表面温度高效的散热效果。
其中，根据服务器类型等实际情况，发热元件也可以包括例如内存、芯片等其它易于发热的元件，本发明不对发热元件作具体限定。以下均以CPU为例进行说明。
在一个实施例中，多孔金属覆盖层通过对金属基板远离发热元件的表面的对应区域进行粉末烧结而形成。金属基板21的材料为铜。金属基板21的材料也可以采用其它导热性能良好的金属或合金金属。
具体地，粉末烧结包括以下步骤：先将金属基板21的远离发热元件的表面211去除锈和油垢，然后涂上一层粘结剂溶液，将烧结金属粉末均匀地涂粘在金属基板21远离发热元件的表面211上，当粘结剂溶液风干后，将金属基板21放置于烧结炉内，在氢气保护下加热至烧结金属粉末表面有熔化趋势，恒温约20min使粘结剂分散挥发，金属粉末烧结成一体并烧结在金属基板21的远离发热元件的表面211上，这样就在金属基板21的远离发热元件的表面211上形成了多孔金属覆盖层22。多孔技术覆盖层不仅可以烧结在金属管外壁面上，也可烧结在金属管内壁面上。多孔金属覆盖层22的厚度一般小于3mm，多孔金属覆盖层22的孔隙率在40％至65％之间。粉末烧结是较为成熟的一种多孔表面的制造方法。
其中，粉末烧结采用的烧结金属粉末的材料可以是铜、或铜镀银，也可以是其他金属。如图2中的放大示图221是对采用烧结铜粉末为例得到的多孔金属覆盖层22的表面效果的放大示意图。通过对金属基板21远离发热元件的表面211的对应区域进行粉末烧结而形成多孔金属覆盖层22，增加了表面粗糙度，增加了微小缝隙及气泡生成点，可有效强化沸腾性能。
由于CPU外罩不易拆除，而且CPU芯片不耐高温，因此无法在其表面直接进行处理。因此可以对一块与CPU表面形状、大小相同的薄铜片的表面进行粉末烧结处理以形成本发明的冷却装置，然后通过低温焊接方法将该冷却装置焊接在CPU外罩，可以实现强化沸腾换热的效果。
在一个实施例中，金属基板21还包括安装结构，安装结构用于固定金属基板。但由于焊接件难以移除，会影响CPU的后继保修事宜。根据发热元件等实际需求的不同，安装结构也可以是其它用于固定金属基板21的结构。具体地参考图2和图3，在金属基板21远离发热元件的表面211对应于CPU的位置，做粉末烧结处理以强化沸腾性能，然后在金属基板21的四角留有螺纹孔24，即安装结构为螺纹孔24，将金属基板21用螺钉紧固在主板上并压合在CPU的正上方。由于CPU上方在原本采用风冷降温方法时安装有风扇和翅片，因此主板上原本就有固定风扇和翅片的螺纹孔，因此为了方便安装可以将金属基板21的螺纹孔24的位置与原本的固定风扇和翅片的螺纹孔的位置相对应即可。
同样参考图2和图3，金属基板21还包括覆盖于发热元件的表面的凸起层23，凸起层23位于金属基板21靠近发热元件的表面212上，金属基板21通过凸起层与发热元件的表面接触。通过设置凸起层23，能够强化金属基板21与CPU的导热和接触。
在一个实施例中，本发明的发热元件的冷却装置还包括：金属层，设置于发热元件的表面与金属基板之间且覆盖发热元件的表面。由于浸没式液冷系统中不能使用导热硅脂，为了减小金属基板和CPU之间的接触热阻因此在二者之间设置了金属层，该金属层为质地较软的薄金属片以改变铜块和CPU两者硬接触，填满两者之间的空隙，减小接触热阻。金属层的材料可以采用铟金属，此外，也可采用导热性较好的橡胶等材料。
根据本发明的实施例，还提供了一种冷却装置的制造方法，包括以下步骤：
步骤S401，提供金属基板；
步骤S403，在金属基板相应于发热元件的区域形成多孔金属覆盖层；以及
步骤S405，将金属基板设置于发热元件的上方并覆盖发热元件，其中多孔金属覆盖层位于发热元件的上方且覆盖发热元件。
进一步地，步骤S403包括：对金属基板远离发热元件的表面的对应区域进行粉末烧结以形成多孔金属覆盖层。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过在发热元件的表面设置具有多孔金属覆盖层的金属基板，增加了汽化核心，提高了发热元件的沸腾性能，实现了对发热元件表面温度高效的散热效果；又通过对金属基板与发热元件的对应区域进行粉末烧结而形成多孔金属覆盖层，增加了表面粗糙度，增加了微小缝隙及气泡生成点，有效强化了沸腾性能；还通过设置凸起层，强化了金属基板与发热元件的导热和接触，并在金属基板与发热元件之间设置了质地较软的金属层，减小了二者的接触热阻。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种发热元件的冷却装置，其特征在于，包括：设置于所述发热元件的上方且覆盖所述发热元件的金属基板；
所述金属基板与发热元件的表面接触；以及
所述金属基板远离所述发热元件的表面包括：多孔金属覆盖层，所述多孔金属覆盖层位于所述发热元件的上方且覆盖所述发热元件。
2.根据权利要求1所述的发热元件的冷却装置，其特征在于，
所述多孔金属覆盖层通过对所述金属基板远离所述发热元件的表面的对应区域进行粉末烧结而形成。
3.根据权利要求1所述的发热元件的冷却装置，其特征在于，
所述金属基板还包括覆盖于所述发热元件的表面的凸起层，所述金属基板通过所述凸起层与所述发热元件的表面接触。
4.根据权利要求2所述的发热元件的冷却装置，其特征在于，还包括：
金属层，设置于所述发热元件的表面与所述金属基板之间且覆盖所述发热元件的表面。
5.根据权利要求1所述的发热元件的冷却装置，其特征在于，
所述金属基板还包括安装结构，所述安装结构用于固定所述金属基板。
6.根据权利要求4所述的发热元件的冷却装置，其特征在于，
所述金属基板的材料为铜；
所述粉末烧结采用的烧结金属粉末的材料为铜或铜镀银；以及
所述金属层的材料为铟。
7.根据权利要求1所述的发热元件的冷却装置，其特征在于，
多孔金属覆盖层的厚度小于3mm；以及
多孔金属覆盖层的孔隙率在40％至65％之间。
8.根据权利要求1所述的发热元件的冷却装置，其特征在于，
所述发热元件包括CPU。
9.一种冷却装置的制造方法，其特征在于，包括：
提供金属基板；
在所述金属基板相应于发热元件的区域形成多孔金属覆盖层；以及
将所述金属基板设置于发热元件的上方并覆盖所述发热元件，其中所述多孔金属覆盖层位于所述发热元件的上方且覆盖所述发热元件。
10.根据权利要求9所述的冷却装置的制造方法，其特征在于，在所述金属基板相应于发热元件的区域形成多孔金属覆盖层，包括：
对所述金属基板远离所述发热元件的表面的对应区域进行粉末烧结以形成所述多孔金属覆盖层。
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